Analizador de Redes Trifásicas

TRABAJO FINAL DE GRADO

Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

ANALIZADOR DE REDES TRIFÁSICAS

Memoria i Anexos

Autor: Iván Cano Castro Director: Alfonso Conesa Roca Convocatoria: Octubre 2020

Analizador de Redes Trifásicas

i

Resumen

Este trabajo final de grado tiene como objetivo el diseño y la programación de un prototipo de

analizador de redes eléctricas trifásicas de tres hilos con neutro, capaz de medir parámetros

eléctricos tales como las corrientes y tensiones de fase, factores de potencia, así como las

potencias y energías. Además se incorporar un sistema de comunicación mediante protocolo

MODBUS, de manera que se pueda supervisar los datos de una red eléctrica, con la finalidad de

gestionar la energía consumida y la generada.

El dispositivo está basado en un microcontrolador ARM, colocado sobre un diseño de circuito

impreso que se encargará de acondicionar las señales analógicas de entrada, dar conectividad a

los periféricos, y proporcionar la tensión de alimentación necesaria a las diferentes etapas del

equipo.

Además de monitorizar los parámetros eléctricos mediante una pantalla, el prototipo se

configurará para que funcione con un canal de comunicación RS485 con protocolo MODBUS.


ii

Resum

Aquest treball final de grau té com a objectiu el disseny i la programació d'un prototip

d'analitzador de xarxes elèctriques trifàsiques de tres fils amb neutre, capaç de mesurar

paràmetres elèctrics com els corrents i tensions de fase, factors de potència, així com les

potències i energies. A més s'incorporarà un sistema de comunicació mitjançant protocol

MODBUS, de manera que es pugui supervisar les dades d'una xarxa elèctrica, amb la finalitat de

gestionar l'energia consumida i la generada.

El dispositiu està basat en un microcontrolador ARM, col·locat sobre un disseny de circuit imprès

que s'encarregarà de condicionar els senyals analògics d'entrada, donar connectivitat als

perifèrics, i proporcionar la tensió d'alimentació necessària a les diferents etapes de l'equip.

A més de supervisar els paràmetres elèctrics mitjançant una pantalla, el prototip es configurarà

perquè funcioni amb un canal de comunicació RS485 amb protocol MODBUS.


iii

Abstract

The objective of this final degree project is the design and programming of a three-phase three-

wire electrical network analyzer prototype with neutral, capable of measuring electrical

parameters such as phase currents and voltages, power factors, as well as powers and energies. In

addition, a communication system using the MODBUS protocol will be incorporated, so that the

data of an electrical network can be supervised, in order to manage the energy consumed and

generated.

The device is based on an ARM microcontroller, placed on a printed circuit design that will be in

charge of conditioning the input analog signals, giving connectivity to the peripherals, and

providing the necessary supply voltage to the different stages of the equipment.

In addition to monitoring the electrical parameters through a screen, the prototype will be

configured to work with an RS485 communication channel with MODBUS protocol.


iv


v

Agradecimientos

Quería agradecer a mi tutor, Alfonso Conesa Roca, por darme el ánimo y el impulso para no

abandonar este proyecto y poder llevarlo a cabo, sobre todo en la actual circunstancias que

vivimos.

Agradecer a Automatismos Control y Programación SLU por darme la oportunidad de

desarrollarme como Ingeniero.

Y finalmente, agradecer a mi familia, por su apoyo incondicional y animarme durante todos estos

años de universidad, trabajo y más trabajo.


vi


vii

Índice

RESUMEN ___________________________________________________________ I

RESUM _____________________________________________________________ II

ABSTRACT _________________________________________________________ III

AGRADECIMIENTOS ___________________________________________________ V

1. ORIGEN DEL TRABAJO ____________________________________________ 1

2. INTRODUCCIÓN _________________________________________________ 2

2.1. Objetivos del trabajo ................................................................................................ 2

2.2. Alcance del trabajo ................................................................................................... 3

3. ESTADO DEL ARTE ________________________________________________ 5

3.1. Redes eléctricas ........................................................................................................ 5

3.2. Analizador de redes eléctricas ................................................................................. 6

3.2.1. Ventajas de instalar un analizador de redes .......................................................... 6

3.2.2. Parámetros que mide un analizador de redes ....................................................... 7

3.3. Teoría básica de funcionamiento ............................................................................. 7

3.3.1. Cálculo de corrientes y voltajes RMS ..................................................................... 8

3.3.2. Cálculo de potencias y energías ............................................................................. 8

3.3.3. Otros parámetros a calcular ................................................................................. 10

3.4. Microcontroladores ARM Cortex ...........................................................................10

3.4.1. MCU Kinetis KE1xF ................................................................................................ 11

3.5. Protocolos de comunicación ..................................................................................13

3.5.1. Introducción.......................................................................................................... 13

3.5.2. UART ..................................................................................................................... 14

3.5.3. BUS I2C .................................................................................................................. 16

3.5.4. RS485 .................................................................................................................... 17

3.5.5. Protocolo MODBUS .............................................................................................. 18

4. DISEÑO DE HARDWARE __________________________________________ 23

4.1. Fuente de alimentación .........................................................................................23

4.2. Circuitos digitales ...................................................................................................27

4.2.1. Microcontrolador ................................................................................................. 28

4.2.2. Interfaz de usuario (HMI) ..................................................................................... 28

4.2.3. Interfaz de comunicación ..................................................................................... 30

4.3. Circuitos analógicos ................................................................................................32


viii

4.3.1. Acondicionamiento de la señal de corriente ....................................................... 33

4.3.2. Acondicionamiento de la señal de voltaje ........................................................... 35

4.3.3. Generador de voltaje de referencia ..................................................................... 37

4.3.4. Circuitos de paso por cero .................................................................................... 38

4.4. Diseño de circuito impreso ....................................................................................39

5. DISEÑO DE SOFTWARE ___________________________________________ 41

5.1. Diagrama de bloques .............................................................................................41

5.2. Tareas del software ................................................................................................42

5.2.1. Calibraciones de medidas eléctricas .................................................................... 44

5.3. Procesamientos de datos .......................................................................................45

5.3.1. Adquisición de datos ............................................................................................ 45

5.4. Cálculos de las medidas eléctricas .........................................................................46

5.5. Control HMI ............................................................................................................47

5.6. Comunicaciones .....................................................................................................47

6. PRUEBAS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ______________________________ 49

6.1. Construcción física ..................................................................................................49

6.2. Pruebas de las etapas de acondicionamiento .......................................................51

6.3. Comprobación y análisis de los resultados ............................................................53

6.4. Comprobación de la comunicación Modbus RS485 ..............................................57

7. HERRAMIENTAS DE DESARROLLO __________________________________ 60

7.1. Altium Designer ......................................................................................................60

7.2. MCUXpresso IDE .....................................................................................................61

7.3. USB Multilink Universal ..........................................................................................62

7.4. Modbus Poll ............................................................................................................62

8. CONCLUSIONES _________________________________________________ 64

9. PRESUPUESTO __________________________________________________ 65

9.1. Coste de los componentes .....................................................................................65

9.2. Costes indirectos ....................................................................................................67

9.3. Coste de ingeniería .................................................................................................67

9.4. Coste total ..............................................................................................................67

10. BIBLIOGRAFÍA __________________________________________________ 68

10.1. Referencias bibliográficas.......................................................................................68

10.2. Referencias consultadas .........................................................................................71


ix

11. ANEXO ________________________________________________________ 72

Microcontrolador .............................................................................................................72

Alimentación ....................................................................................................................73

Circuitos analógicos de voltajes de fase ..........................................................................74

Circuitos analógicos de corrientes de fase ......................................................................75

Circuitos digitales .............................................................................................................76

PCB Top Overlay ...............................................................................................................77

PCB Top Layer ...................................................................................................................78

PCB Botton Layer ..............................................................................................................79


1

1. Origen del trabajo

En el año 2014, empiezo a formar parte como trabajador de la empresa Automatismos Control y

Programación S.L.U., empresa dedica al diseño y fabricación de dispositivos de automatización

industrial, como técnico electrónico con las funciones de verificación, reparación y realización de

controles de calidad en los equipos electrónicos fabricados.

En el curso académico 2014/15, comienzo a cursar el Grado en Ingeniería Electrónica y

Automática, y empiezo a compaginar trabajo con estudios, con todos los problemas que eso

conlleva, pero eso no impidió mis ganas de seguir formándome y ampliar mis conocimientos.

Años más tardes, la empresa me doy la oportunidad de incorporarme en el equipo de ingeniería

como diseñador de circuitos impresos, ya que anteriormente contaba con una titulación de

Técnico Superior en Desarrollo de Productos Electrónicos y una de las especialidades era el diseño

de circuitería impresa.

Tras adquirir más habilidades en el entorno de la ingeniería en el trabajo y a mi continua

formación académica, uno de los primeros proyectos que me asigna a realizar es equipo de

medida de voltaje para redes eléctricas trifásicas, donde tengo que desarrollar el diseño de

hardware, circuito impreso y software.

Ese primer proyecto ha dado origen a este trabajo final de grado, como una mejora de ese primer

proyecto implantando todos mis conocimientos y habilidades adquiridas durante estos últimos

años de continuo trabajo y formación académica.

Figura 1.1. Voltímetro trifásico MVT100 (Fuente: Automatismos (1)).

https://www.automatismos.com/es

https://www.automatismos.com/es


2

2. Introducción

2.1. Objetivos del trabajo

El objetivo principal de este trabajo de final de grado es el diseño, programación y montaje de un

prototipo de analizador de redes eléctricas trifásicas mediante un microcontrolador ARM. Este

analizador contará con comunicación Modbus, un protocolo ampliamente utilizado en el sector

industrial. Además, el equipo contará con una pantalla desde la cual se monitorizará todas las

mediciones realizadas en tiempo real.

El analizador de redes trifásico que se pretende diseñar está basado en un microcontrolador ARM

del fabricante NXP, así como un soporte a medida para integrarlo en un circuito impreso. La parte

del hardware será creado desde cero, comenzando por el diseño de los diferentes circuitos

electrónicos, al diseño del circuito impreso (PCB) y el posterior montaje de todos los

componentes. Además, se procederá a desarrollar un software funcional que permitirá adquirir

todos los datos necesarios, que nos permitirá evaluar el consumo energético, obteniendo los

valores recogidos tales como corrientes y voltajes de fases, frecuencia de fases, factores de

potencia, potencias y energías consumidas, y se procederá a ser mostradas por una pantalla

integrada en el equipo de medida.

Por otro lado, el equipo contará con una interfaz de comunicación integrable en una Red Modbus

RS485, donde se puede consultar desde un terminal remoto todos los parámetros eléctricos

recogidos por el equipo desarrollado.

Este trabajo también tiene como finalidad realizar el estudio y desarrollo de un prototipo de

analizador para acabar posterior diseñando un equipo completamente acabado.


3

2.2. Alcance del trabajo

Para conseguir los objetivos propuestos del proyecto, la implementación del prototipo se divide

en diferentes etapas de diseño, construcción y configuración a partir de las cuales se desarrollará

las siguientes líneas de trabajo:

- Estudiar soluciones existentes en el mercado de instrumentos que permitan analizar las

propiedades de una instalación eléctrica.

- Analizar los parámetros que se quieren medir.

- Investigar componentes electrónicos que ofrezcan una mejor prestación y estudiar

diferentes métodos para adaptar a nuestra solución.

- Estudio de las interfaces humano-máquina y opciones de comunicación con el exterior.

- Diseño de los esquemas electrónicos y realización de los cálculos pertinentes para que se

ajusten a las características de funcionamiento de los componentes.

- Desarrollo de una placa de circuito impreso (PCB) comentando los puntos importantes.

- Desarrollo de una solución de software para el equipo.

- Pruebas del prototipo y obtención de los datos para verificar un funcionamiento correcto.

- Muestra y explicación de las herramientas de desarrollo empleadas.

- Elaboración de un estudio económico del coste de desarrollo del presente proyecto

- Extracción de conclusiones y posibles mejoras.

La idea principal de este proyecto era la realización de todos los pasos a seguir para realizar un

producto acabado con posibilidad de comercialización, desde el estudio inicial, pasando por

desarrollar un prototipo y realizar las pruebas necesarias para alcanzar un funcionamiento

correcto, hasta acabar construyendo un producto final que cumpliera todas las normativas

vigentes para poder ser comercializado.

Dada la situación actual de pandemia que vivimos y a otras causas de fuerza mayor, el proyecto se

ha visto truncado de la idea principal, con lo cual el desarrollo se ha visto recortado, pero eso no

ha sido un impedimento para elaborar un prototipo funcional.


5

3. Estado del arte

3.1. Redes eléctricas

Una red eléctrica es un conglomerado de elementos interconectados cuyo propósito es

suministrar energía eléctrica desde la central que la genera hasta el punto de consumo final. Las

partes principales de la red eléctrica, que permiten la distribución de energía, son las siguientes:

Figura 3.1. Sistema de suministro eléctrico. (Fuente: Wikipedia)

1. Centrales de generación: Las centrales generadoras son instalaciones que convierten la

energía primaria en la energía eléctrica. Hay distintos tipos de centrales: térmicas, eólicas,

hidroeléctricas, nucleares…

2. Red para el transporte: La red de transporte está compuesta por un conjunto de líneas y

subestaciones con tensión superior a 220 kV. Distribuyen la energía eléctrica desde la

central de generación hacia las subestaciones transformadoras.

3. Subestaciones de transformación: Las subestaciones transformadoras son

imprescindibles para el funcionamiento correcto de la red eléctrica. Su cometido es el de

regular la tensión y acondicionarla, para el transporte en el caso de las subestaciones

elevadoras y para su distribución en el caso de subestaciones reductoras.

4. Red de distribución: La red distribuye la energía eléctrica desde las subestaciones de

transformación hacia los lugares de consumo en baja o media tensión (≤220 kV). Las

empresas gestoras de estas redes de distribución son las llamadas “distribuidoras”. Se

encargan de su explotación, desarrollo y mantenimiento.

El objetivo de las empresas, industrias y de cualquier usuario de energía eléctrica es el aumento

de la eficiencia y la mejora de los costes, con el fin de ser más competitivo en el mercado. Para

ello es necesario un análisis técnico de la red eléctrica. En materia de reducción de costes se

puede intervenir en diferentes parámetros como el consumo de la energía eléctrica.


6

El analizador de redes valora diferentes parámetros eléctricos con el fin de facilitar la gestión y el

control de las instalaciones, posibilitando la mejora de la eficiencia energética.

3.2. Analizador de redes eléctricas

El analizador de redes eléctricas es un instrumento que permite analizar diferentes propiedades

de una instalación. Se centra especialmente en los parámetros de dispersión y los datos que

arroja permiten llevar un control exacto del consumo de energía eléctrica.

Figura 3.2. Analizador de redes eléctricas trifásicas CVM-E3-MINI (Fuente: Circutor (2))

El equipo analizador de redes eléctricas está diseñado para ser colocado en cualquier tipo de

instalación, existiendo por ejemplo un analizador de redes para cuadros eléctricos.

En el mercado existe una amplia variedad de analizadores. Son capaces de exportar o mostrar los

parámetros eléctricos, y lo hacen de forma directa o indirecta a través de una pantalla. También

transfieren por comunicación todas las magnitudes eléctricas medidas y/o calculadas.

3.2.1. Ventajas de instalar un analizador de redes

Ahorro de energía eléctrica:

- Descubrir y evitar los exceso de consumo

- Análisis de curvas de carga para localizar los puntos de máxima demanda energética.

- Detección de necesidades en la instalación, como la necesidad de una batería de

condensadores.

- Detección de fraudes en contadores energéticos.


7

Prevención de riesgos en la red eléctrica:

- Realización de mantenimientos periódicos de la red eléctrica. Miden curvas de arranques

en motores, detección de saturación en transformadores de potencia, calidad insuficiente

del suministro eléctrico…

Solución de problemas en la red:

- Con el uso de los analizadores de redes es posible solventar problemas de fugas

diferenciales, disparos ocasionales, resonancias, armónicos, recalentamiento de cables,

desequilibrio en las fases...

- Permite un diseño adecuado de los filtros activos y pasivos de armónicos, así como filtros

de variadores de velocidad...

3.2.2. Parámetros que mide un analizador de redes

- Flickers: variación rápida de tensión que se presenta de forma repetitiva y permanente.

- Armónicos: distorsión en la forma de onda sinusoidal de la corriente eléctrica provocada

por un aparato que consume energía de forma no lineal.

- Distorsión armónica (THD) de corriente y tensión: suma de la distorsión producida por

todos los armónicos.

- Valor eficaz: el valor eficaz de una corriente alterna es el valor que tendría una corriente

continua que produjera la misma potencia al aplicarla sobre la misma resistencia.

- Potencia y factor de potencia: la potencia es la cantidad de energía eléctrica que

transporta el circuito por unidad de tiempo, y el factor de potencia permite comparar la

energía extraída de la red con la energía útil que obtenemos tras su paso por la red.

3.3. Teoría básica de funcionamiento

La tarea crítica para un motor de procesamiento digital o un microcontrolador dentro de una

aplicación de medición de electricidad es el cálculo preciso del voltaje RMS, la corriente RMS, la

potencia activa, la potencia reactiva, la potencia aparente, energía activa y energía reactiva. Las

energías activa y reactiva a veces se utilizan para determinar en gasto energético y/o facturación.

Los parámetros restantes se emplean con fines informativos.

Nos centraremos en los parámetros se quieren calcular para este proyector.


8

3.3.1. Cálculo de corrientes y voltajes RMS

La raíz cuadrada media (RMS) es una medida fundamental de la magnitud de una señal alterna. En

matemáticas, el RMS se conoce como la desviación estándar, que es una medida estadística de la

magnitud de una cantidad variable. La desviación estándar mide solo la parte alterna de la señal

en oposición al valor RMS, que mide tanto la componente directa como la alterna.

En ingeniería eléctrica, el RMS o valor eficaz de una corriente alterna es el valor que tendría una

corriente continua que produce la misma potencia que dicha alterna, al aplicar sobre una misma

resistencia. Las ecuaciones básicas para el cálculo sencillo de la corriente RMS y el voltaje RMS de

la función de señal son las siguientes:

√

∫ [ ( )]

(Eq. 1)

√

∫ [ ( )]

(Eq. 2)

3.3.2. Cálculo de potencias y energías

Potencia activa:

La potencia activa (P) se mide en vatios (W) y se expresa como el producto del voltaje y la

componente en fase de la corriente alterna. La potencia promedio de cualquier número entero de

ciclos es la misma que el valor de potencia promedio de un solo ciclo. Entonces, podemos

encontrar fácilmente la potencia promedio de una forma de onda periódica de muy larga

duración simplemente calculando el valor promedio de un ciclo completo con el período T.

∫ ( ) ( )

(Eq. 3)

Potencia aparente:

La potencia real en un circuito de Corriente Alterna, tanto absorbida como disipada, se denomina

potencia aparente total (S). La potencia aparente se mide en unidades de voltios-amperios (VA).

Para cualquier forma de onda general con armónicos más altos, la potencia aparente viene dada

por el producto de la corriente de fase RMS y la tensión de fase RMS.

(Eq. 4)


9

Potencia reactiva:

La potencia reactiva (Q) se mide en unidades de voltio-amperio-reactivo (VAR) y es el producto

del voltaje y la corriente y el seno del ángulo de fase entre ellos. La potencia reactiva se calcula de

la misma manera que la potencia activa, pero en la potencia reactiva, la forma de onda de entrada

de voltaje se desplaza 90 grados con respecto a la forma de onda de entrada de corriente.

∫ ( ) ( )

(Eq. 5)

Para formas de onda sinusoidales sin armónicos altos, la potencia reactiva también se puede

calcular utilizando el método del triángulo de potencia, como la diferencia vectorial de las

componentes de potencia aparente (S) y la potencia activa (P),

Figura 3.3. Triangulo de potencias en casos de cargas lineales. (Fuente: Wikipedia)

√ (Eq. 6)

Energía activa:

La energía activa representa la energía eléctrica producida o suministrada por un circuito eléctrico

durante un intervalo de tiempo. La energía activa se mide en la unidad de vatios hora (Wh). La

energía activa en una aplicación típica de medidor de potencia monofásica se calcula como una

integral infinita de las formas de onda del voltaje de fase instantáneo u(t) y de la corriente de fase

i(t).

∫ ( ) ( )

(Eq. 7)

Energía reactiva:

La energía reactiva viene dada por la integral, con respecto al tiempo, del producto de la tensión y

la corriente y el seno del ángulo de fase entre ellos. La energía reactiva se mide en la unidad de

voltios-amperios-horas reactivas (VARh). La energía reactiva en un medidor de potencia

monofásico típico se calcula como una integral infinita de las formas de onda de la tensión de fase

desplazada instantánea u (t-90 °) y la corriente de fase i(t).

∫ ( ) ( )

(Eq. 8)


10

3.3.3. Otros parámetros a calcular

Factor de potencia:

El factor de potencia es un indicador de la eficiencia con la que se está aprovechando la energía

suministrada a una carga determinada. Se define como la relación entre la potencia activa (P) y la

potencia aparente (S) y da una medida de la capacidad de una carga de absorber potencia activa.

(Eq. 9)

Frecuencia:

La frecuencia es el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier evento periódico.

El período (T) es la duración de tiempo de cada evento repetitivo, por lo que el período es el

recíproco de la frecuencia. La frecuencia se mide en Hercios (Hz).

(Eq. 10)

3.4. Microcontroladores ARM Cortex

La serie de núcleos ARM Cortex abarcan una amplia gama de opciones de rendimiento que

ofrecen una gran variedad de opciones y oportunidades de utilizar el núcleo que mejor se adapte

a la aplicación sin verse obligados a utilizar una única solución. Los núcleos ARM se dividen en tres

categorías principales:

- Cortex A – Núcleos de procesador de aplicaciones para sistemas de alto rendimiento.

- Cortex R – Núcleos de alto rendimiento para aplicaciones en tiempo real.

- Cortex M – Núcleos de microcontroladores para una amplia gama de aplicaciones.

Los núcleos Cortex-M están diseñados específicamente para apuntar al gran mercado de MCU. La

serie Cortex-M más comúnmente utilizadas son las que están construidas sobre la arquitectura

ARMv7-M (usada para Cortex-M3 y Cortex-M4) y la Cortex-M0+ está construida sobre la

arquitectura ARMv6-M.

Los núcleos ARM Cortex-M se han convertido en el nuevo estándar de 32 bits. 21 Una de las

ventajas de utilizar ARM es la compatibilidad entre sus diferentes plataformas, por lo que un

programa corriendo en un Cortex -M0+ puede ser trasladado a un Cortex-M3, aunque para esto

se requiere cambiar más que nada la configuración de los periféricos del microcontrolador en

particular. En cuanto a las diferencias entre los diferentes C-rtex-M es en general una mayor

capacidad de procesamiento, tal que los ARM Cortex-M4 cuentan con un juego de instrucciones


11

que los hace capaces para realizar procesamiento de señales, además de contar con FPU en el

caso del Córtex M4-F. En la siguiente figura se muestras las diferentes familias e instrucciones de

los Núcleos ARM Cortex-M:

Figura 3.4. Familias Cortex-M (Fuente: ARM (3))

3.4.1. MCU Kinetis KE1xF

El modelo de MCU a partir del cual se va a desarrollar este proyecto es la MCU Kinetis KE1xF, una

serie de gama alta de la familia Kinetis E del fabricante NXP, que proporciona una solución para

alimentaciones de 2.7 V a 5 V, centrado en una robustez excepcional de EMC/ESD, que además

cuenta con un núcleo ARM Cortex-M4 de alto rendimiento que se ejecuta hasta los 168 MHz.

Los KE1xF ofrecen múltiples entradas/salidas digitales, entradas analógicas (ADC) y

temporizadores, así como una amplia gama de interfaces de comunicación que incluyen UART,

I2C, SPI y CAN. Los dispositivos van desde un tamaño de memoria flash de 256 KB hasta los 512

KB.

Las principales características son:

- Núcleo Cortex-M4 de hasta 168 MHz que admite una amplia gama de requisitos de ancho

de banda de procesamiento al tiempo que mantiene una excelente rentabilidad,

paquetes fáciles de usar y una amplia gama de densidades de memoria.

- Las E / S robustas mejoradas garantizan el alto rendimiento en entornos ruidosos.

- PWM de 8 canales con FlexTimer que admite control de motores trifásicos con inserción

de tiempo muerto y detección de fallos.


12

- ADC de 12 bits de 1 Msps con una entrada de hasta 16 canales por módulo con una

velocidad de muestreo rápida para una rápida conversión y almacenamiento de datos.

- comparador analógico para una respuesta rápida al cambio analógico externo.

- Bloque de retardo programable con sistema de disparo flexible que proporciona varias

interconexiones para módulos en chip; ADC, DAC, FlexTimers, ACMP.

- FlexCAN compatible con CAN 2.0B que proporciona una interfaz de comunicación en serie

de alta fiabilidad para aplicaciones industriales.

- FlexIO proporciona flexibilidad para la implementación de la interfaz de comunicación en

serie.

- La ROM de arranque proporciona un código de arranque de chip y controladores de

puerto serie que podrían ahorrar espacio en la memoria flash y proporcionar opciones de

arranque flexibles y compatibilidad con la programación en el sistema.

- La caché de 8 KB podría mejorar la eficiencia del acceso al código y a los datos.

- Capacidades de procesamiento de señales digitales con unidad de coma flotante que

ofrece una potencia computacional sobresaliente para algoritmos de control,

procesamiento de datos de sensores, procesamiento de audio, entre otros, al tiempo que

aumenta la precisión matemática y reduce el tamaño del código.

Figura 3.5. Diagrama de bloques de la familia Kinetis KE1xF (fuente: NXP (4))


13

Las características de la familia de productos Kinetis KE1xF están presentes en la siguiente tabla:

Tabla 1. Características de la familia KE1xF

Subfamilia KE14F KE15F KE16F

Core M4 M4 M4

FPU Si Si Si

Frecuencia 168 MHz 168 MHz 168 MHz

Flash 256 KB-512 KB 256 KB-512 KB 256 KB-512 KB

Cache 8 KB 8 KB 8 KB

SRAM 32-64 KB 32-64 KB 32-64 KB

FlexMemory/EEPROM 64 KB/4 KB 64 KB/4 KB 64 KB/4 KB

Reloj

48 MHz FIRC (1%), 8 MHz SIRC (3%),

XOSC (3-40 MHz, 30-40 KHz),

128 KHz LPO, PLL


XOSC (3-40 MHz, 30-40 KHz),

128 KHz LPO, PLL


XOSC (3-40 MHz, 30-40 KHz),

128 KHz LPO, PLL

BootROM (UART, SPI, I2C, CAN

Si Si Si

DMA 16 canales 16 canales 16 canales

WDT/POR/LVD si si si

ADC 3 x 12-bit, 1µs 3 x 12-bit, 1µs 3 x 12-bit, 1µs

ACMP 3 3 3

DAC 12-bit 12-bit 12-bit

Timer 4 x FlexTimer 1 x LPTMR 4 x FlexTimer 1 x LPTMR 4 x FlexTimer 1 x LPTMR

PDB 3 3 3

PIT 1 1 1

RTC 1 1 1

CAN - 1 2

UART 3 3 3

SPI 2 2 2

I2C 2 2 2

FlexIO 4 timers, 4 shifters, 8

pins 4 timers, 4 shifters, 8

pins 4 timers, 4 shifters, 8

pins

VDD 2,7~5,5V 2,7~5,5V 2,7~5,5V

Temperatura (Ta) -40~105 ᵒC -40~105 ᵒC -40~105 ᵒC

Encapsulado (GPIOs) 100 LQFP, 64 LQFP 100 LQFP, 64 LQFP 100 LQFP, 64 LQFP

3.5. Protocolos de comunicación

3.5.1. Introducción

Los protocolos de comunicación consisten en enlazar dos o más dispositivos que permitan el flujo

de información de un extremo a otro.


14

Los protocolos se pueden dividir en varias categorías. Una de las estructuras más estudiadas es el

modelo de referencia OSI (Open System Interconnection) como se puede observar en la siguiente

tabla.

Tabla 2. Modelos de referencia OSI

Capa 7 Nivel de aplicación Procesos de red a aplicaciones

Capa 6 Nivel de presentación Representación de datos

Capa 5 Nivel de sesión Comunicaciones entre hosts

Capa 4 Nivel de transporte Conexiones de extremo a extremo

Capa 3 Nivel de red Direccionamiento y mejor ruta

Capa 2 Nivel enlace de datos Acceso a los medios

Capa 1 Nivel físico Transmisión binaria (cables, conectores, voltajes, velocidades de datos)

- Capa 1 - nivel físico: Es la encargada de las conexiones físicas de la computadora hacia la

red, tanto en lo que se refiere al medio físico como a la forma en la que se transmite la

información.

- Capa 2 - nivel de enlace de datos: Esta capa se ocupa del direccionamiento físico, de la

topología de la red, del acceso a la red, de la notificación de errores, de la distribución

ordenada de tramas y del control del flujo.

- Capa 3 - nivel de red: El objetivo de la capa de red es hacer que los datos lleguen desde el

origen al destino, aun cuando ambos no estén conectados directamente.

- Capa 4 - nivel de transporte: Capa encargada de efectuar el transporte de los datos (que

se encuentran dentro del paquete) de la máquina origen a la de destino,

independizándolo del tipo de red física que se esté utilizando.

- Capa 5 - Nivel de sesión: Esta capa es la que se encarga de mantener y controlar el enlace

establecido entre dos computadores que están transmitiendo datos de cualquier índole.

- Capa 6 - Nivel de presentación: El objetivo es encargarse de la representación de la

información, de manera que aunque distintos equipos puedan tener diferentes

representaciones internas de caracteres los datos lleguen de manera reconocible.

- Capa 7 - Nivel de aplicación: ofrece a las aplicaciones la posibilidad de acceder a los

servicios de las demás capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para

intercambiar datos como correo electrónico (POP y SMTP). Hay tantos protocolos como

aplicaciones distintas y puestos que continuamente se desarrollan nuevas aplicaciones, el

número de protocolos crece.

3.5.2. UART

UART es un receptor y transmisor asíncrono universal (Universal Asynchronous

Receiver/Transmitter). Es un tipo de hardware para completar una función específica en lugar de

un protocolo en sí. La función principal de UART es la comunicación de datos en serie asíncrona.


15

La UART es uno de los protocolos de comunicación más simples entre dos dispositivos. Transfiere

datos entre dispositivos conectando dos cables entre los dispositivos, uno es la línea de

transmisión y el otro es la línea de recepción. Los datos se transfieren digitalmente bit a bit en

forma de bits de un dispositivo a otro. La principal ventaja de este protocolo de comunicación es

que no es necesario que ambos dispositivos tengan la misma frecuencia de funcionamiento.

Figura 3.4. Comunicación UART (Fuente: microcontrollerslab (5))

Al tratarse de una comunicación asíncrona, el transmisor procesa los datos agregando un bit de

inicio y un bit de parada. Esto, a su vez crea un paquete de datos, este paquete de datos se envía

en serie al pin Tx del transmisor. Luego, la UART del receptor, el pin Rx, leerá los datos bit a bit y

procesando el dato eliminando el bit de inicio, el bit de paridad y el bit de parada. El bit de paridad

es opcional.

Figura 3.4. Transmisión de datos UART (Fuente: microcontrollerslab (5))

La comunicación entre dos dispositivos a través del protocolo UART se produce por transmisión

de bits, con lo cual, se ha de definir en ambos dispositivos, la tasa de velocidad a la que se

transmite, comúnmente 9600 bits por segundo, aunque se puede llegar a tasa de 115200 bits por

segundo, tamaño del dato de 5 a 8 bits, habilitar el bit de paridad y por último 1 o 2 bits de stop.


16

3.5.3. BUS I2C

El bus de comunicaciones I2C (Inter Integrated Circuits), es un bus serial síncrono de dos líneas

que fue originalmente desarrollado por Philips Semiconductors para simplificación de dispositivos

en la interconexión al microprocesador por el que se trasmiten los datos vía serie.

Figura 3.4. Conexión bus I2C (Fuente: Luisllamas (6))

Las líneas SDA (Serial Data) y SCL (Serial Clock) están conectadas a la fuente de alimentación a

través de las resistencias de pull-up. Cuando el bus está libre, ambas líneas están en nivel alto.

Una de las señales del bus marca el tiempo y la otra se utiliza para intercambiar datos:

- SDA (System Data) es la línea por la que se mueven los datos entre dispositivos.

- SCL (System Clock) es la línea de los pulsos de reloj que sincronizan el sistema.

El bus permite la comunicación entre múltiples dispositivos, hasta 112 dispositivos, todos

conectados paralelamente a las dos líneas. Las transferencias de datos siempre se realizan entre

dos dispositivos a la vez y en una relación Maestro – Esclavo. Cada dispositivo dispone de una

dirección para acceder de forma individual, en general cada dispositivo conectado al bus ha de

tener una identificación única.

El dispositivo Maestro inicia la transferencia de datos y además genera la señal de reloj, pero no

es necesario que el maestro sea siempre el mismo dispositivo, esta característica se la pueden ir

pasando los dispositivos que tengan esa capacidad. En primer lugar el Maestro envía una trama

de 8 bits, 7 bits que indicando la dirección del dispositivo Esclavo seguido de 1 bit para indicar si se

quiere leer o escribir. Después el Esclavo enviar un bit de confirmación ACK. Seguidamente el

Master o Esclavo, dependiendo de si se quiere escribir o leer, se enviara uno o más bytes, con el

dato o mensaje, seguido de un bit de validación NACK.


17

Figura 3.5. Trama de comunicación I2C (Fuente: Luisllamas (6))

3.5.4. RS485

RS485 es un estándar de transmisión de datos serie ampliamente utilizado en instalaciones

industriales. Para implantar la comunicación RS485 se utiliza comúnmente el protocolo Modbus.

La comunicación RS485 es sencilla, robusta y permite poner varios dispositivos RS485 en el mismo

bus, lo que permite que múltiples nodos se conecten unos a otros. La interfaz RS485 es un

estándar de la capa física de la comunicación, que corresponde a la capa 1 del modelo OSI.

La Red de comunicaciones construida en interfaz RS485 consta de dispositivos conectados,

generalmente, por un cable de par trenzado, y la transmisión de datos es diferencial. Al ser una

transmisión diferencial de señal, siempre hay una diferencia de potencia entre los cables. Esto

garantiza una alta resistencia al modo más común de interferencias. Además, el par trenzado

puede ser protegido por una derivación a GND.

Figura 3.6. Conexionado de una Red RS485 (Fuente: Iván Cano)

El protocolo funciona invirtiendo la tensión entre A (línea no inversora) y B (línea inversora).

- Cuando A+ y B- se considera estado LOW.

- Cuando A- y B+ se considera estado HIGH.


18

Con la interfaz RS485 se puede establecer comunicaciones simplex, semi-duplex y full-duplex. Sin

embargo, para comunicaciones full-duplex se necesitarían dos canales distintos, y en cada

dispositivo disponer de un receptor y emisor.

En la siguiente tabla se muestra los parámetros generales de la comunicación por RS485.

Tabla 3 - Características de la red de comunicación RS485

Parámetro

Modo de operación Diferencial

Conexión Multipunto

Número de dispositivos 32

Alimentación única +5V

Velocidad máxima 10 Mbits/s (a 12 metros)

Longitud máxima 1200 metros (a 100 kbit/s)

Rango de bus -7V a +12 V

3.5.5. Protocolo MODBUS

Modbus es un protocolo de comunicación situado en Nivel enlace de datos, capa 2, del modelo

OSI, basado en la arquitectura maestro/esclavo, que fue diseñado en 1979 por Modicon para su

gama de PLCs. Modbus es un protocolo de comunicaciones muy utilizado en la industria, ya que

es de dominio público, su implementación es fácil y requiere poco desarrollo y maneja bloques de

datos sin suponer restricciones.

Figura 3.7. Formato general de las tramas. (Fuente: Jiménez Buendía, Manuel (7))

La codificación de datos dentro de la trama puede hacer en modo ASCII o según el estándar RTU

(Remote Transmission Unit). En cualquier caso de los dos casos, cada mensaje obedece a una

trama que contiene cuatro campos principales. La única diferencia reside en la trama ASCII que

incluye un carácter de encabezamiento y los caracteres CR y LF al final del mensaje. También

existe una versión Modbus/TCP que es muy semejante al formato RTU, pero estableciendo la

transmisión mediante paquetes TCP/IP. La implantación más común es la RTU.


19

Cada dispositivo de la red Modbus posee una dirección única, limitado a un máximo de 254

dispositivos, lo que limita el número de dispositivos de campo que pueden conectarse a una

estación maestra, aunque el Modbus/TCP es una excepción. Cualquier dispositivo puede enviar

órdenes Modbus, aunque lo habitual es permitirlo sólo a un dispositivo maestro. Cada comando

Modbus contiene la dirección del dispositivo destinatario de la orden. Todos los dispositivos

reciben la trama pero sólo el destinatario la ejecuta (salvo un modo especial denominado

"Broadcast").

Figura 3.8. Trama genérica según el código empleado. (Fuente: Jiménez Buendía, Manuel (7))

La trama se compone de:

- Numero de esclavo (1 byte).

- Código de operación o función (1 byte).

- Campo de subfunciones/datos (n bytes).

- Palabra de control de errores (2 bytes).

El campo de operación o función permite transmitir datos u órdenes al esclavo. Existen dos

tiempos básicos de órdenes:

- Ordenes de lectura/escritura de datos en los registros o en la memoria del esclavo.

- Ordenes de control del esclavo y propio a sistemas de comunicación (RUN/STOP, carga y

descarga de programas, etc.)

En la siguiente tabla se puede ver una lista de las funciones disponibles.

Tabla 4. Funciones básicas de operaciones.

Código Acción Significado

1 Leer Bobinas (0:xxxx) Obtiene el estado actual ON/OFF de un grupo de bobinas lógicas

2 Leer Entradas (1:xxxx) Obtiene el estado actual ON/OFF de un grupo de entradas lógicas

3 Leer Registros (4:xxxx) Obtiene el valor binario de uno o más registros de almacenamiento

4 Leer Registros (3:xxxx) Obtiene el valor binario de uno o más registros de entrada

5 Escribir Bobina (0:xxxx) Fuerza el estado de una bobina

6 Escribir Registro (4:xxxx) Escribe el valor binario de un registro de almacenamiento


20

15 Escribir Bobinas (0:xxxx) Fuerza el estado de un grupo de bobinas

16 Escribir Registros (4:xxxx) Escribe el valor binario de un grupo de registros de almacenamiento

3.5.5.1. Descripción de las funciones del protocolo Modbus

Funciones 1 y 2:

Lectura de bits del dispositivo. La trama es la indicada en la figura 3.8. La forma de

direccionamiento de los bits es a base de dar la dirección de la palabra que los contiene y luego la

posición del bit. La respuesta es dada siempre en bytes completos.

Figura 3.8. Petición y respuesta de la función 1 o 2. (Fuente: Jiménez Buendía, Manuel (7))

Funciones 3 y 4:

Lectura de las palabras del dispositivo. La trama es la indicada en la figura 3.9. La petición indica el

número de palabras a leer, mientras que en la respuesta se indica el número de bytes leídos.

Figura 3.9. Petición y respuesta de la función 3 o 4. (Fuente: Jiménez Buendía, Manuel (7))

Función 5:

Escritura de un bit. La trama es la indiada en la figura 3.9. El direccionamiento del bit se efectúa tal

como se ha indicado para las funciones 1 y 2.

Figura 3.10. Petición y respuesta de la función 5. (Fuente: Jiménez Buendía, Manuel (7))


21

Función 6:

Escritura de una palabra. La trama es la indicada en la figura 3.10.


Función 15:

Escritura de bits del dispositivo. La trama es la indicada en la figura 3.11. La forma de

direccionamiento es análoga a la indicada para las funciones 1 y 2.


Función 16:

Escritura de palabras del dispositivo. La trama es la indicada en la figura 3.12.


Mensaje de error:

Puede ocurrir que un mensaje se interrumpa antes de terminar. Cada esclavo interpreta que el

menaje ha terminado si transcurre un tiempo de silencio determinado. Después de este tiempo el

esclavo considera que el carácter siguiente es el campo de dirección de esclavo de un nuevo

mensaje.


22

Cuando un esclavo recibe una trama incompleta o errónea, envía un mensaje de error como

respuesta, excepto en el caso de mensajes de difusión. La trama del mensaje de error es la

indicada en la figura 3.13.


Tabla 5. Código de errores

Código Función = Código función recibido + 0x80 (hexadecimal)

Código Error = 1 Código de función errónea

2 dirección incorrecta

3 datos incorrectos

6 dispositivo ocupado

Si el dispositivo maestro no recibe respuesta de un esclavo durante un tiempo superior a un límite

establecido, declara el esclavo fuera de servicio, a pesar de que al cabo de un cierto número de

ciclos hace nuevos intentos de conexión.


23

4. Diseño de hardware

En esta sección se describe la electrónica del analizador de redes trifásicas. La electrónica del

analizador se divide en tres partes:

- Fuente de alimentación.

- Circuitos digitales.

- Circuitos de acondicionamiento de señales analógicas.

4.1. Fuente de alimentación

Como la alimentación del microcontrolador es de 3.3 V, para simplificar el sistema, se diseña los

del resto de circuitos, tanto analógicos como digitales, para ser alimentados a este voltaje. La

fuente de alimentación se compone de un transformador de entrada, un puente rectificador y un

condensador de filtro. Para estabilizar las tensión se utilizar dos reguladores de tensión de 3.3 V

como alimentación general y otro de 5 V para la etapa de comunicaciones.

Figura 4.1. Etapas de una fuente de alimentación (fuente: Iván Cano)

El transformador seleccionado es un encapsulado EI 30/15.5 de 2 VA de potencia con un primario

de 230 V y 7.5 V de secundario que proporciona hasta 0.267 A de corriente de secundario. El

fabricante del transformador es Avisor.

Figura 4.2. Transformador de entrada (fuente: Avisor (8))


24

Como medida de protección a la entrada del transformador, línea de 230 V AC, se dispone de una

resistencia VDR, también llamadas varistores. Un varistor es un componente electrónico que

modifica su resistencia eléctrica en función de la tensión que se aplica en sus extremos.

Inicialmente, en funcionamiento normal, la resistencia del varistor es muy alta, por eso es un

elemento que dentro de un circuito para tensiones inferiores a la nominal, se comporta

prácticamente como un interruptor abierto, pero Cuando el varistor se ve sometido a una tensión

mayor a la nominal, rápidamente baja su resistencia hasta un valor muy bajo, comportándose

como un elemento dentro del circuito en cortocircuito (interruptor cerrado), toda la corriente del

circuito pasa prácticamente por el varistor al no tener casi resistencia y evita que pase por el resto

de componentes del circuito y que puede dañarlos por la sobretensión.

Figura 4.3. Curva de resistencia VDR (Fuente: Areatecnologia (9))

Para proteger el circuito se colocara un varistor de 320V del fabricante EPCOS/TDK (10).

Figura 4.4. Varistor Epcos/TDK B72214P2271K104 (Fuente: Mouser (11))

El puente rectificador MB10S (12) es un circuito electrónico usado en la conversión de corriente

alterna en corriente continua. Consiste en cuatro diodos comunes de uso general, que convierten

una señal con partes positivas y negativas en una señal únicamente positiva. El puente, junto con

un condensador de rizado, permite convertir la corriente alterna en continua. El papel de los

cuatro diodos comunes es hacer que la electricidad vaya en un solo sentido, mientras que el resto

de componentes tienen como función estabilizar la señal.


25

Figura 4.5. Puente rectificador MB10S (Fuente: Mouser (13))

Aunque después del puente rectificador y el condensador de filtro tenemos una señal continúa,

no está lo suficientemente estabilizada para poder trabajar, para ello necesitamos los reguladores

de tensión, que tienen la función de mantener un nivel de tensión constante. Para nuestra fuente

de alimentación se cuenta con dos reguladores de tensión LDO, que son una versión mejorada

que incluye la ausencia de ruido de conmutación.

Los reguladores utilizados son NCP1117ST33T3G (14) para los 3.3 V y NCP1117ST50T3G (14) para

los 5 V, que proporcionan hasta 1 A de corriente de salida.

Figura 4.6. Regulador de voltaje LDO (Fuente: Mouser (15))

En la figura 4.7. se puede observar el diseño general de la fuente de alimentación que se utilizará

para el prototipo de analizador de redes trifásicas.

Figura 4.7. Esquema electrónico de la fuente de alimentación. (Fuente: Iván Cano)


26

Como referencia:

- VDD: voltaje digital (+3.3 V) para el microcontrolador y otros circuito digitales.

- VDDA: voltaje analógico (+3.3 V) para el conversor ADC del microcontrolador y los

circuitos analógicos.

- VDD_COM: voltaje de +5 V para la interfaz de comunicaciones

Los circuitos analógicos dentro del microcontrolador generalmente requieren fuentes de

alimentación desacopladas para obtener un mejor rendimiento. El voltaje analógico (VDDA) está

desacoplado del voltaje digital (VDD) por el inductor L3 y los condensadores (C22, C23 y C24). El

uso de inductores es especialmente importante en diseños con señales mixtas, como una

aplicación de medidor de parámetros eléctrico, donde el ruido digital puede interrumpir

mediciones analógicas precisas. El inductor L3 se coloca entre el suministro analógico (VDDA) y el

suministro digital (VDD) para evitar que el ruido de los circuitos digitales interrumpa los circuitos

analógicos.

Para asegurarnos de un funcionamiento correcto en la interfaz de comunicaciones se coloca un

conversor de 5 V DC-DC con aislamiento CRE1S0505SC (16) de fabricante Murata, con una tensión

nominal de entrada de 5 V, 5 V de tensión de salida y hasta 200 mA de corriente de salida.

Además, cuenta con un aislamiento galvánico de 1KVDC.

Figura 4.8. Convertidor DC/DC aislado (Fuente: Mouser (17))

Para evitar perturbaciones electrocmagneticas que puedas provenir del conversor DC-DC, el

fabricante aconseja colocar un filtro EMC a la entrada de voltaje. Este filtro EMC está constituido

por un circuito LC. El valor para el inductor es 4.7 µH y un condensador de 4.7 µF.

Figura 4.9. Filtro EMC de entrada. (Fuente: Murata (16))


27

Se emplea convertidores de aislamiento por la sencilla razón de aislar cualquier interferencia o

cortocircuito entre la línea externa de comunicación y la electrónica de nuestro equipo.

Figura 4.10. Esquema electrónico del conversor DC-DC con aislamiento (Fuente: Iván Cano)

Como referencia:

- VDD_COM_ISO: voltaje de +5 V para la interfaz de comunicaciones aisladas.

A modo de referencia, el prototipo cuenta con una alimentación auxiliar a modo de pruebas. Está

basada en un convertidor de CA a CC, a través del circuito integrado LNK306DN-TL (18). Con este

integrado se puede obtener una aplicación fácil de convertidor Buck o reductor, que obtiene a su

salida una tensión menor que a su entrada.

Figura 4.11. Fuente auxiliar LNK306DN-TL (Fuente: Iván Cano)

Esta alimentación queda excluida de un posible diseño final y de pruebas de funcionamiento dada

la complejidad que comporta un diseño de fuente conmutada, entre otros problemas.

4.2. Circuitos digitales

Todos los circuitos digitales se alimentan de los voltajes VDD, VDD_COM. El voltaje digital (VDD)

suministra alimentación al microcontrolador (U1), la interfaz de usuario HMI (Pantalla OLED

gráfica y pulsadores) y a la interfaz de comunicación UART-TTL-232. La tensión regulada de 5V


28

(VDD_COM) suministra alimentación al convertidor de DC/DC aislado para conseguir el

aislamiento galvánico necesario para la interfaz de comunicaciones UART-TTL-232 y RS485

aisladas.

4.2.1. Microcontrolador

El microcontrolador MKE14F512VLH16 (19) es el componente más importante en una aplicación

de medida de parámetros eléctricos (ver figura en el anexo). Los siguientes componentes son

necesarios para un buen funcionamiento del microcontrolador:

- Condensadores de filtro C0, C2-C5.

- Filtro del pin Reset C6 y R1.

- Cristal X1 de 8 MHz.

Una parte indispensable para el buen funcionamiento de otros circuitos digitales son R7 y R8, que

corresponden a las resistencias Pull-up de la línea de comunicación I2C para la pantalla. También

se incluye expansión de conectores directamente conectado al microcontrolador. El conector JC1

es la interfaz SWD para programar la MCU.

4.2.2. Interfaz de usuario (HMI)

Una parte indispensable en un equipo de medida es la interfaz de usuario o interfaz humano-

maquina, HMI correspondiente a sus siglas en ingles Human Maquine Interfaces.

Para nuestro prototipo contamos con una pantalla Oled gráfica modelo MCOB128064JX-WM

(20) del fabricante Midas. Esta pantalla cuenta con una resolución de 128x64 pixeles de color

blanco sobre negro. Dispone de una alimentación lógica de 3 V a 5V y la capacidad de múltiples

interfaces de comunicación como I2C, SPI y paralelo. En nuestro proyecto utilizaremos el bus I2C

de comunicación.

Figura 4.12. Pantalla Oled grafica Midas MCOB128064JX-WM (Fuente: Farnell (21))

Esta pantalla cuenta con un driver SSD1309 (22) que es un controlador para el sistema de

visualización gráfica de matriz de puntos de diodos. Consta de 128 segmentos y 64 comunes. Este


29

circuito integrado está diseñado para paneles OLED de tipo cátodo común e incorpora control de

contraste, RAM de pantalla y oscilador, lo que reduce la cantidad de componentes externos y el

consumo de energía. Los datos / comandos se envían desde MCU general a través de la interfaz

de comunicación.

Figura 4.13. Esquema electrónico del conector de la pantalla (Fuente: Iván Cano)

En toda interfaz HMI se necesita una forma de realizar maniobras de control por parte del usuario.

En nuestro equipo se cuenta con cuatro pulsadores en miniatura para circuito impreso. Dos

pulsadores serán para funciones de desplazamiento, otro para entrar a menús o confirmar y uno

último para salir o escape.

Figura 4.14. Interruptor táctil 6x6 mm (fuente: Mouser (23))

La conexión de los pulsadores se ha realizado por medio de Pull-up, con lo que hay que tener en

cuenta que funcionaran con lógica inversa. Cuando no se está pulsando tenemos un “1” lógico y

cuando lo accionamos un “0” lógico. Además se cuenta con condensadores de filtro de 100 nF

para filtrar cualquier señal de alta frecuenta que pueda realizar el mecanismo del pulsador.


30

Figura 4.15. Esquema electrónico de pulsadores. (Fuente: Iván Cano)

4.2.3. Interfaz de comunicación

La interfaz de comunicaciones es usada principalmente para monitorizar los datos en tiempo real.

Uno de los módulos de comunicación corresponde a la interfaz RS485 que se usara para transmitir

el protocolo Modbus.

Esta interfaz está conectada a la UART0 del microcontrolador y aislada ópticamente por los

optoacopladores PC457 (24) U14, U15 y U16. Para adaptar las señales a una red de comunicación

RS485, se cuenta con el circuito integrado MAX485 (25).

Figura 4.16. Optoacoplador PC457 (Fuente: Sharp (24))

El IC MAX485 (25) está alimentación por la línea de alimentación VDD_COM_ISO, que

corresponde al conversor DC/DC, de esta manera nos aseguramos, junto con los optoaclopadores,

de tener la red RS485 aislada de nuestro equipo. Para lograr una conexión semiduplex, se debe

disponer de los pines /RE y DE para cambiar de modo receptor a modo emisor, para ello se

conectará a un puerto digital de la MCU.


31

Figura 4.17. Esquema electrónico de interfaz de comunicación RS485. (Fuente: Iván Cano)

También existen dos bloques más de comunicación para tareas depuración. Estos canales son

conexión directa con las UART1 y UART2 del microcontrolador, uno de ellos está aislado

ópticamente por razones de seguridad de los equipos informáticos a los que se pueda conectar el

analizador de red. Para hacer las tareas de depuración se necesita un conversor TTL-232 a USB.

Figura 4.18. Cable conversor TTL-232 a USB (Fuente: FTDI Chip (26))

Los cables conversores TTL-232R son una familia de cables convertidores USB a TTL serie UART

que incorporan el dispositivo IC de interfaz FT232RQ USB a serie UART de FTDI que maneja todas

las señales y protocolos USB.


32

Figura 4.19. Esquema electrónico de comunicación TTL (Fuente: Iván Cano)

En el módulo TTL Aislado la comunicación esta ópticamente aislada a través de los

optoacopladores U12 y U13. Debido a la necesidad de alimentación de las líneas de comunicación

Tx y Rx aisladas, se utilizara la línea de alimentación de VDD_COM_ISO proveniente del conversor

DC/DC.

Figura 4.20. Esquema electrónico de comunicación TTL aislada. (Fuente: Iván Cano)

4.3. Circuitos analógicos

El acondicionamiento de las señales analógicas externas es crucial para una aplicación de medidas

eléctricas, siendo necesario adaptar señales de gran rango dinámico (tensiones alternas de más

de 200 V y corrientes de más 1 A), a rangos de señal de entrada bajas al microcontrolador (desde

milivoltios hasta unos poco voltios). Todos los circuitos analógicos se describen a continuación.


33

4.3.1. Acondicionamiento de la señal de corriente

Para el acondicionamiento de la señal se pueden utilizar diversos métodos, sensores resistivos, de

efecto Hall, transformadores de corrientes, etc. Para el diseño del prototipo se ha basado en

sensores de efecto Hall, debido a la simplicidad del diseño.

El sensor Hall escogido es el ACS722 (27) del fabricante Allegro. Existen diferentes versiones para

aplicaciones en AC o DC, y con diferentes rango máximo de trabajo desde los 5 A hasta los 40 A.

En nuestra aplicación, al tratar con corrientes alternas usaremos la versión AC, ya que permite

corrientes bidireccionales.

Figura 4.21. Aplicación típica sensor Hall ACS722 (fuente: Allegro (27))

El circuito integrado ACS722 se alimenta con 3.3 V y nos proporciona un tensión proporcional a la

corriente de entrada, referenciada a VDD/2, con lo cual tenemos un rango de medidas de 0 a 3.3

V. En la figura X se puede observar el voltaje de salida en comparación a la corriente del sensor.

Figura 4.22. Voltaje de salida versus corriente del sensor (fuente: Allegro (27))

Según el rango máximo de trabajo del sensor proporciona diferente modelos con diferentes

sensibilidades. En la siguiente tabla se muestra una guía de la selección de modelos.


34

Tabla 6. Guía de selección de modelo

Modelo IPR (A) Sensibilidad VCC = 3,3 V

(mV/A)

ACS722LLCTR-05AB-T ±5 264

ACS722LLCTR-10AU-T +10






Dado que el dispositivo es para una red eléctrica trifásica, se necesitan 3 sensores Hall, uno para

cada fase. En la figura 4.23. se puede ver el esquema electrónico del acondicionamiento de la

señal de corriente.

Figura 4.23. Esquema electrónico de acondicionamiento de la corriente (fuente: Iván Cano)

Como método de filtraje de señal se coloca un filtro que deje pasar frecuencias bajas (filtro pasa-

bajo) a la salida del sensor Hall para limpiar la señal de posible interferencias de alta frecuencia

que pueda afectar a la lectura ADC del microcontrolador y dar resultado no deseados.

El filtro consiste en un filtro pasa bajo de primer orden RC compuesto por una resistencia en serie

y un condensador. Los valores de los componentes son 47 Ohms para las resistencias y 100 nF


35

para los condensadores. Con estos valores obtenemos la siguiente frecuencia de corte según la

ecuación 11:

(Eq. 11)

(Eq. 12)

A modo de referencia, en el Anexo se dispone de una segunda etapa acondicionadora de la señal

de corriente, basada en transformadores de corriente y amplificadores operacionales de

instrumentación. Esta etapa no se ha implantado, estudiado ni probado. Solo es una posible

solución de diseño alternativo.

4.3.2. Acondicionamiento de la señal de voltaje

Uno de los principales problemas en el desarrollo de este TFG, ha sido implantar una solución

económica, fiable y con cierto grado de aislamiento sin usar transformadores reductores de

tensión. Tras buscar diferentes soluciones al problema se encontró una solución implantando una

referencia de masa flotante respecto de la cual medir las diferentes tensiones. En caso de no ser

flotante y emplear la tierra común a la red, la corriente de cortocircuito tendría un camino por el

que circular.

El diseño empleado se basa en el amplificador operacional MCP6004 (28) y divisores de tensión

por medio de resistencias. Para reducir la tensión se emplea dichos divisores de tensión

dimensionado para la tensión máxima de red.

Figura 4.24. Amplificador operacional MCP6004 (Fuente: Microchip (28))

El desarrollo del acondicionamiento de la entrada de voltaje, se ha utilizado como punto

referencia un esquemático aconsejado por el propio fabricante de AO de Microchip, y adaptando

los componentes a nuestras necesidades.


36

Figura 4.25. Esquema de referencia (fuente: Microchip (28))

Para reducir la tensión de entrada se implementa un divisor de tensión dimensionado para la

máxima tensión de red. A la tensión reducida es necesario sumarle un valor medio de 1.65 V, ya

que el AO no está con una alimentación simétrica y el microcontrolador no acepta tensiones

negativas. En la figura 4.25 se muestra el diagrama esquemático del acondicionamiento de la

señal de voltaje.

Figura 4.26. Esquema electrónico del acondicionamiento del voltaje (fuente: Iván Cano)


37

De igual forma que en la etapa de acondicionamiento de corrientes, tenemos filtros pasa bajos RC

de primer orden de idénticos valores, con una frecuencia de corte de 33862 Hz.

4.3.3. Generador de voltaje de referencia

El valor medio de la tensión de referencia se genera a partir de la tensión de alimentación VDDA.

El voltaje de 3.3 V simplemente pasa a través de un divisor de tensión formado por dos resistencia

de igual valor R58 y R60. La mitad de este voltaje de referencia se conecta al buffer de ganancia

unitaria. El búfer de ganancia unitaria es un amplificador operacional simple y de bajo coste U6A

LM358AD (29).

Figura 4.27. Amplificador operación LM358AD. (Fuente: Texas Instrument (29))

Se coloca un búfer de ganancia unitaria para el desacoplamiento del canal de voltaje de fase, por

lo tanto, el búfer funciona como un transformador de impedancia. En la figura 4.27. se muestra el

diagrama esquemático del generador de voltaje de referencia.

Figura 4.28. Generador de voltaje de referencia (Fuente: Iván Cano)

Ya que el LM358AD cuenta con dos amplificadores operaciones, se deja previsto en el segundo

operacional otras tensiones de referencia por si se necesitaran en otras partes del equipo.


38

4.3.4. Circuitos de paso por cero

El voltaje de fase de baja tensión del circuito de la etapa de acondicionamiento de voltaje se

conecta a las entradas del comparador analógico (ACMP) del microcontrolador a través de las

resistencias R59, R63 y R69. Los condensadores C42, C48 y C52 se agregan para a la línea de la

señal para un filtrado adicional.

Este filtrado adicional constituye en un filtro RC pasa bajo de primer orden con una frecuencia de

corte de 15915 Hz según la ecuación Eq. 11 y Eq. 13.

(Eq. 13)

En la figura 4.29. muestra el diagrama esquemático de las entradas de paso que provienen del

acondicionamiento de voltaje y conectadas a los módulos comparadores analógicos del

microcontrolador.

Figura 4.29. Esquema electrónico de entradas de paso por cero (fuente: Iván Cano)


39

4.4. Diseño de circuito impreso

Para realizar el diseño del circuito impreso PCB no se ha tenido en cuenta ninguna restricción de

espacio ni forma, ya que se trata de una placa prototipo para realizar pruebas. Se ha integrado

todas las etapas de hardware comentadas anterior mente.

En ciertas zonas del circuito impreso, hay tensión de las de 230 V, por lo que hay que tener

precaución al manipular por esas zonas. Como medida de seguridad eléctrica las líneas de alta

tensión (230 VAC) se dejan más de 5 mm de distancia entre pistas, ya que puede existir el riesgo

de saltos de voltajes o fugas de corrientes.

En las siguientes figuras se muestran una representación de la PCB en 3D obtenida por el

programa de diseño “Altium Designer”. En el Anexo se puede ver todas las capas del diseño de la

PCB.

Figura 4.30. Vista superior de la PCB (Fuente: Iván Cano)


40

Figura 4.31. Diagrama de emplazamiento de la PCB (Fuente: Iván Cano)


41

5. Diseño de software

En esta sección se describe la aplicación de software del diseño de referencia del analizador de

redes eléctricas trifásicas. La aplicación de software consta de tareas de medición, cálculo,

calibración, interfaz de usuario y tareas de comunicación.

Se explicará de forma conceptual las tareas que realiza el equipo, y se dejará en el anexo algunas

muestras de código fuente.

5.1. Diagrama de bloques

El software de la aplicación ha sido escrito en lenguaje C y compilado con MCUXpresso IDE

(versión 11.2.0) (30) con alta optimización para la velocidad de ejecución. La aplicación de

software se basa en el kit de desarrollo de software (SDK) (31) de código abierto que proporciona

los controladores y herramientas necesarias para los diferentes periféricos del microcontrolador.

Las características del software son las siguientes:

- Transiciones entre modos de funcionamiento.

- Realización de calibración del equipo para las medias eléctricas.

- Cálculo de todas las mediciones.

- Ejecución del HMI (pantalla OLED y pulsadores).

- Permitir la supervisión remota de la aplicación.

En la figura 5.1. se muestra la arquitectura del software del analizador de redes trifásicas,

incluidos los periféricos del software.

Figura 5.1. Arquitectura del software (Fuente: Iván Cano)


42

El microcontrolador se configura para trabajar a 120 MHz, usando un oscilador externo de 8 MHz.

Se consigue esta velocidad de reloj de trabajo debido a la configurar interna de la propia MCU.

En la figura 5.3. se muestra un diagrama de funcionamiento general de la aplicación, así como la

de interrupción de TMR0, ADC0 y ADC1.

Figura 5.2. Diagrama de flujo del programa (Fuente: Iván Cano)

5.2. Tareas del software

Las tareas son una parte importante del código de la aplicación. Están impulsadas por eventos

(interrupciones) generadas por los periféricos del microcontrolador o código de la aplicación. La

siguiente tabla muestra la lista de periféricos utilizados y librerías asociadas:


43

Tabla 7. Periféricos y librerías de referencia utilizadas

Periféricos Uso Librería

TMR0 Temporizador de uso general fsl_ftm.h

TMR1 Tiempo de cruce por cero para calcular la frecuencia de fase

ADC0 Corriente de fase fsl_adc12.h

ADC1 Voltaje de fase

ACMP2 Detección de cruce por cero para detectar voltaje y calcular la frecuencia fsl_acmp.h

I2C Comunicación con pantalla OLED fsl_lpi2c.h

GPIO Control de pulsadores fsl_port.h fsl_gpio.h

UART Interfaz de comunicación fsl_lpuart.h

CRC Cálculo de CRC para trama Modbus fsl_crc.h

La lista de las tareas principales, eventos desencadenantes y periodos de llamada se resumen en

la siguiente tabla:

Tabla 8. Lista de tareas de software

Nombre de la tarea

Descripción Nombre de la función Fuente

desencadenante

Prioridad de la

interrupción

Periodo de llamada

Calibración

Realiza la calibración del equipo y almacena los parámetros

calibrate_Offset calibrate_Gain

- -

después del primer reinicio del equipo, o llamando a la función de calibración

Procesamiento de datos

Lee valores digitales de ADC0, ADC1 y realiza compensaciones

ADC0_IRQ ADC1_IRQ

ADC0 y ADC1 interrupción de conversión completada

nivel 0 (más alta)

periódica 500 µs

Cálculo periódico

Calculo de parámetros eléctricos de un periodo

cycle_values_calculate - - periódica 20 ms

Cálculo de medias

Calculo de parámetros eléctricos promediados de 25 periodos

avg_values_calculate - - periódica 500 ms


44

HMI control

Actualiza la pantalla OLED con nuevos valores y pasa a una nueva pantalla después de presionar los pulsadores de usuario

visualize_Display - pulsadores nivel 4 (más baja)

periódica 500 ms o interrupción de pulsador

Comunicación Modbus

Aplicación de monitorización

UART0 Rx/Tx interrupción

nivel 2 asíncrono

5.2.1. Calibraciones de medidas eléctricas

Debido al acondicionamiento de las señales muestreadas, las señales han sido reducidas en

amplitud. Para calcular su valor original, se debe conocer su curva de calibración y estimar las

ecuación de la recta.

El método de acondicionamiento implantado, tratándose en su mayoría componentes resistivos,

la curva de calibración debería ser una recta, debido a que teóricamente la señal de salida es

lineal respecto a la señal de entrada. Pero en la práctica conviene hacer una calibración, ya que los

componentes no son ideales y puede generar desviaciones.

Tanto en las medidas de corrientes como en las de tensiones, el valor a medir es prácticamente

constante, por lo que calculando un factor de escalado, o ganancia, se obtiene la amplitud de la

señal de medida.

Por otra parte, a diferencia de los cálculos del factor de escalado o ganancia que se basan en

valores RMS, las compensaciones u offset de calibración se calculan a partir de muestras medidas

instantáneas.

La tarea de calibración se ejecuta siempre que se seleccione en el menú del equipo el

correspondiente apartado, esto llamará a una subrutina donde se podrá calibrar todos los

parámetros necesarios.

Para realizar el calibrado de la compensación en las corrientes de fase y tensiones de fase, no

debe haber ninguna señal de entrada. El proceso de calibración hará un cálculo de la media de n

muestras instantáneas, según las siguientes ecuaciones.

∑ ( )

∑ ( )


45

Donde offsetu y offseti son las compensaciones de calibración calculadas, u(k), i(k) son,

respectivamente, las muestras de tensión de fase y corriente de fase en los pasos de medición k =

0, 1,… n. El numero n de muestras tomadas son 100, en intervalos de tiempo de 500 µs entre cada

una, y se ira recalculando hasta que se confirme dicho valor.

En la calibración de los factores de escalado o ganancia se ha de hacer una vez calibrado los offset

de cada señal. El proceso será un poco distinto al anterior, ya que para ello necesitamos hacer

cálculos RMS. Para dicha calibración se debe buscar una tensión de fase de 230 VAC y corrientes

de fase de 1.0 A. la tarea de calibración de ganancia se hará utilizando las siguientes ecuaciones.

Donde gananciau y gananciai son los factores de escala de calibración, URMS e IRMS son los

valores efectivos de las medidas no calibradas.

La tarea de calibración termina almacenando las ganancias y las compensaciones de fase en la

memoria no volátil del microcontrolador.

5.3. Procesamientos de datos

Las muestras de corrientes de fase del conversor analógico-digital del microcontrolador ADC0 y las

lecturas de voltajes de fase del ADC1 se realizan periódicamente cada 500 µs por medio de la

interrupción periódica del TMR0. La lectura de ADC se realiza con un nivel de prioridad más alto

(nivel 0) y lee consecutivamente los 3 canales de cada fase para cada módulo de ADC0 y ADC1.

La tarea lee las muestras de voltaje de fase y corriente de fase de los registro de resultados del

ADC, resta el valor de offset y escribe los valores en las variables temporales para su uso en la

tarea de cálculo.

5.3.1. Adquisición de datos

El voltaje de fase y la corriente de fase deben muestrearse al mismo tiempo, ya que los cálculos

de potencia se definen como la multiplicación de los valores de voltaje y corriente instantáneos.

La señal de corriente es muestreada por el ADC0 con un multiplexor de entrada (corriente de fase

3x) y la señal de voltaje es muestreada por el ADC1 con un multiplexor de entrada (voltaje de fase

3x). El muestreo es desencadenado al mismo tiempo por el temporizador TMR0 cada 500 us.


46

Figura 5.3. Cadenas de señales de muestreo trifásico desencadenada por TMR0 (Fuente: Iván Cano)

Las tareas de adquisición de datos de los ADCs se ejecutan en el nivel de alta prioridad y se activa

cuando termina de registras los registros de los resultado. La tarea lee las muestras de voltaje de

fase y de corriente de fase de los seis registros de resultados del ADC (tres voltajes y tres

corrientes) y escribe estos valores en los buffers para que los utilice la tarea de cálculo. Cabe decir

que los valores obtenidos tienen un offset en la señal, con lo que es necesario restar la señal de

offset al valor leído.

Otra tarea separada monitorea los pasos por cero de la red que es desencadenada por el ACMP

(modulo comparador analógico). Esta tarea está ligada al temporizador TMR1 para registrar el

tiempo transcurrido entre flancos descendentes de cada fase (3 canales para cada fase). Al saber

el tiempo transcurrido entre pasos por cero, se obtiene el periodo de la red, y con ello la

frecuencia. De igual manera con la tarea de adquisición de datos del ADC, se realiza copias de

seguridad de los buffers de los resultados para evitar una sobreescritura de estos valores.

5.4. Cálculos de las medidas eléctricas

Existen tres tareas de cálculos, la primera es dentro del servicio de interrupción de los ADC, donde

se resta la señal de offset al valor obtenido. La segunda, cuando termina un periodo de red se

cálculos los valores RMS de las señales de voltajes de fase y corrientes de fase, las potencias

aparentes a partir de los valores RMS y las potencias activas a través de los valores instantáneos

guardados. La tercera tarea de cálculos, y última, recoge las ultimas 25 muestras de los valores

calculado cada periodo y se hace un promedio para obtener un dato más acertado. Además, con

estos valores promedios se obtienen los factores de fase, potencias reactivas, energías y

frecuencias.


47

5.5. Control HMI

La tarea de control de la interfaz hombre-máquina (HMI) se ejecuta una vez termina de realizar

los últimos cálculos promediados, mostrando los datos que correspondan a dicha pantalla. Los

datos se van actualizando cada 25 periodos de red o cada 500 ms (red eléctrica de 50 Hz).

La interacción con el usuario se organiza a través de un evento asíncrono, que ocurre cuando se

presiona los pulsadores de usuario. Al presionar, puede desplazarse por los menús y mostrar

todas las cantidades medidas y calculadas, ver tabla 9.

Tabla 9. Visualización de la pantalla OLED

Visualizar Valor Unidades Formato

Pantalla 1 Voltaje de línea; L1, L2, L3 VRMS #.# V

Corriente de línea; L1, L2, L3 IRMS #.### A

Pantalla 2,3,4

Potencia activa; L1, L2, L3 kW #.### kW

Potencia aparente; L1, L2, L3 kVA #.### kVA

Potencia reactiva; L1, L2, L3 kVar #.### kVar

Factor de potencia; L1, L2, L3 #.###

Frecuencia; L1, L2, L3 Hz ##.# Hz

Pantalla 5 Energía activa kWh #.### kWh

Energía reactiva kVArh #.### kVArh

5.6. Comunicaciones

El equipo establece un intercambio de datos con la red Modbus RS485. La comunicación es

totalmente impulsada por las interrupciones UART0 Rx/Tx, que generan llamadas de servicio de

interrupción de prioridad de nivel 2. El analizador de redes actúa como un dispositivo esclavo que

responde a las consultas del dispositivo maestro. El establecimiento de prioridades garantiza que

las tareas de procesamiento y cálculo de datos no se vean afectadas por la comunicación.

Para el funcionamiento de las comunicaciones se utiliza una librería de protocolo Modbus, donde

se hará énfasis en mapa de memoria de lectura de direcciones 30xxx. Estas direcciones pueden

ser leídas por un dispositivo maestro por medio de la función 4 de leer registros de entrada 30xxx.

Ya que se trabaja con datos float, se necesita dos direcciones por parámetro, ya que solo una

dirección de Modbus tiene la capacidad de dos palabras (16 bits) y un float son cuatro palabras

(32 bits).

Según el estándar de comunicación Modbus RTU se establece el siguiente mapa de

comunicaciones:


48

Tabla 10. Mapa de comunicaciones Modbus

Concepto Dirección

tradicional Dirección IEC

Voltaje L1 30001 %IW0



Corriente L1 30007 %IW6



Potencia Activa L1 30013 %IW12



Potencia Aparente L1 30019 %IW18



Potencia Reactiva L1 30025 %IW24



Factor de potencia L1 30031 %IW30



Frecuencia L1 30037 %IW36



Energía Activa 30043 %IW42

Energía Reactiva 30045 %IW44

Por ultimo cabe comentar la configuración del canal serie RS485. El dispositivo ha de tener una

identificación única para la red, así como poder configurar la velocidad de transmisión (baud rate),

paridad y bit de stop.


49

6. Pruebas y análisis de resultados

En este apartado se describen los resultados obtenidos, comenzando por la descripción de la

placa prototipo del equipo construido. Por otro lado se verificaran las señales obtenidas por las

etapas acondicionadoras de señal, así como los parámetros calculados que se muestran por la

pantalla OLED. Por último se hará una prueba en la red Modbus para monitorizar los parámetros

obtenidos.

6.1. Construcción física

En esta parte se describe el resultado del diseño y montaje del dispositivo construido explicado a

lo largo de los capítulos anteriores. Se explica las conexiones físicas, el funcionamiento del equito,

así como los equipos de pruebas utilizados.

En la siguiente figura, se puede observar el aspecto de la placa prototipo del analizador de redes

trifásicas. El resultado final es un dispositivo compuesto por un circuito impreso de dimensiones

200x135 mm, provisto de una pantalla gráfica OLED en la parte central superior, en la parte

central la MCU y quedando en la parte inferior los pulsadores de usuario. En la parte izquierda

queda las etapas de acondicionamiento de señales de voltajes y la alimentación del equipo, y la

parte derecha de la placa se ha dejado para el acondicionamiento de la señales de corrientes. Se a

reservado una zona en la zona inferior derecha para la interfaz de comunicación aislada.

Figura 6.1. Vista superior del circuito impreso (Fuente: Iván Cano).


50

Figura 6.2. Vista inferior del circuito impreso (Fuente: Iván Cano).

En la figura 6.3. se muestra un diagrama de conexiones eléctricas del analizador de redes trifásico.

Figura 6.3. Diagrama de conexiones del equipo (Fuente: Iván Cano).


51

6.2. Pruebas de las etapas de acondicionamiento

Para realizar este test se ha conectado directamente a una línea trifásica de tres hilos con neutros

a la etapa de la señal de voltaje, para comprobar el funcionamiento correcto de dicha etapa y la

atenuación producida por la misma.

En la siguiente figura se muestra los puntos de test realizado en el circuito para probar las señales

de voltaje.

Figura 6.4. Puntos de test de voltajes (Fuente: Iván Cano).

En la figura 6.5. se puede observar la señal atenuada, de una de las entradas directas al conversor

analógico digital (ADC) del microcontrolador, respecto a la señal de offset que se aplica de dicha

etapa.

Figura 6.5. Señal atenuada de voltaje de fase (Fuente: Iván Cano).

En la siguiente figura podemos ver, en la traza azul, la señal de voltaje de entrada de la etapa 230

V AC, y en la traza roja la señal atenuada y compensada de 1,75 V con 1,64 V de offset.


52

Figura 6.6. Señal de entrada y salida de la etapa acondicionadora de voltaje, CH1 x10 (Fuente: Iván Cano).

Para comprobar el correcto funcionamiento de las señales de voltaje de las tres fases se ha

conectado el equipo a una línea trifásica de 3 hilos con neutro. En la siguiente figura, a la

izquierda, se muestra la fase 2 (traza roja) respecto a la fase 1 (traza azul), y la derecha fase 3

(traza roja) respecto a la fase 1 (traza azul).

Figura 6.7. (Izquierda) fase 2 respecto fase 1, (derecha) fase 3 respecto fase 1 (Fuente: Iván Cano).

En la siguiente figura se muestra los puntos de test realizado en el circuito para probar las señales

de corriente.

Figura 6.8. Puntos de test de corrientes (Fuente: Iván Cano).


53

Para comprobar que funcionan bien las etapas acondicionadoras de corrientes, primero se

comprueba el offset que añade el sensor Hall, figura 6.9. Después, se hace circular por el sensor

Hall una corriente de 1A en corriente alterna, figura 6.10. se puede ver la respuesta del sensor Hall

a esta corriente. Las señales son idénticas para las tres fases.

Figura 6.9. Señal de offset del sensor Hall (Fuente: Iván Cano).

Figura 6.10. Señal de salida del sensor Hall a una corriente de 1ª (Fuente: Iván Cano).

6.3. Comprobación y análisis de los resultados

Una vez comprobado que todas las etapas del circuito funcionan correctamente, se procede a

comprobar que el equipo realiza los cálculos pertinentes correctamente. Para realiza este análisis

primero se han tenido que calibrar las señales de offset y ganancias de cada canal.

Para realizar el proceso de calibración de las ganancias, se ha tenido que utilizar un

autotransformador monofásico para obtener exactamente los 230 VAC para las calibraciones de


54

voltaje de fase, y para las ganancias de corriente un transformador de corriente para hacer

circular 1 A.

Figura 6.11. Autotransformador 0~250 VAC (izquierda). Transformador de corriente (derecha) (Fuente: Iván Cano).

En la siguientes figuras se mostrara algunas de las pantalla del display OLED del proceso de

calibración. Para calibrar las señales de offset no hay que tener ninguna señal de entrada externa

en el equipo.

Figura 6.12. Calibración de señal de offset de etapa de voltaje (Fuente: Iván Cano).

Figura 6.13. Calibración señal de offset de sensor Hall (Fuente: Iván Cano).


55

Figura 6.14. Proceso de calibración de la ganancia de voltaje de fase (Fuente: Iván Cano).

Figura 6.15. Proceso de calibración de la ganancia de corriente de fase (Fuente: Iván Cano).

Una vez calibrado el equipo, se procede a probarlo en una prueba real. Para ello se emplea un

transformador variable trifásico, tres cargas resistivas de 1000W en cada fase y un multímetro

Fluke 323 con True RMS. Además, se comprueba que las etapas no introducen ningún desfase de

señal entre voltaje y corriente.

Figura 6.16. Transformador variable trifásico (Fuente: Iván Cano).

En la siguiente figura se comprueba con la carga resistiva de 1000 W, que no haya ningún desfase

entre la señal de corriente y voltaje.


56

Figura 6.17. Señal de voltaje (traza azul), señal de corriente (traza roja) (Fuente: Iván Cano).

Figura 6.18. Medidas de voltaje (izquierda) y corriente (derecha) en la carga de 1000 W (Fuente: Iván Cano).

A continuación los parámetros eléctricos que proporciona nuestro equipo.

Figura 6.19. Valores RMS del analizador de redes trifásicas (Fuente: Iván Cano).


57

Figura 6.20. Potencias, factor de potencia y frecuencia de la fase 1 (Fuente: Iván Cano).



6.4. Comprobación de la comunicación Modbus RS485

Ya que todas las rutinas de cálculos funcionan correctamente, falta comprobar la interfaz de

comunicación Modbus por canal RS485. Para ello se necesita un ordenador personal con el

software Modbus Poll para hacer de dispositivo master, y un cable USB-RS485-WE (32), que

permite hacer la conversión de USB a RS485.

Figura 6.23. Convertidor USB-RS485-WE (Fuente: FTDI (32)).


58

Figura 6.24. Conexión PC – Analizador (Fuente: Iván Cano).

Se configura el analizador con la identificador ID: 1, 9600 Baud, Even Parity y 1 Stop Bit. Por otro

lado se ha de tener la misma configurar en programa Modbus Poll.

Figura 6.24. Configuración de conexión de Modbus Poll (Fuente: Iván Cano).

Además se ha crear la rutina de monitorización de las direcciones de Modbus que se quiere

controlar. Para ello se recurre a la función 4 de Modbus, leer registros de entrada, y las

direcciones de la 30001 a 30012.


59

Figura 6.25. Definición de la función 4, registros 30001 a 30012 (Fuente: Iván Cano).

Figura 6.26. Lectura de registros 30001 a 30012, parámetros de voltaje y corriente de fase (Fuente: Iván Cano).


60

7. Herramientas de desarrollo

En este apartado se describen las aplicaciones de software empleadas para desarrollar el software

y hardware del equipo.

7.1. Altium Designer

Altium Designer (33) es un paquete de software de automatización de diseño electrónico y PCB

para placas de circuito impreso. El software Altium Designer abarca cuatro funciones principales:

captura esquemática, diseño de PCB, desarrollo de matriz de puerta programable de campo

(FPGA) y gestión de datos.

Figura 7.1. Software Altium Designer (Fuente: Iván Cano).

La integración de varios distribuidores de componentes permite la búsqueda de componentes y

acceso a los datos del fabricante, con lo que proporciona una gran ayuda en el desarrollo de

proyectos a la hora de tener que hacer el diseño de la PCB.

Altium Designer es un software de pago, pero es el programa más potente y proporciona una gran

capacidad para lograr resultados rápidos para circuitos complejos. Cabe decir que es el programa

más extendido dentro del mercado industrial.


61

7.2. MCUXpresso IDE

MCUXpresso IDE (30) es un entorno de desarrollo de software con todas las funciones para los

microcontroladores basados en ARM de NXP e incluye todas las herramientas necesarias para el

desarrollar aplicaciones de software embebidas. MCUXpresso se basa en Eclipse IDE e incluye el

estándar de la industria ARM GNUtoolchain. Ofrece un entorno de desarrollo de tamaño de

código ilimitado para MCU de NXP basados en núcleos Cortex-M.

MCUXpresso IDE es un grupo de herramientas gratuita que proporciona desarrollo sin

restricciones en el tamaño de código o depuración. Proporciona una interfaz intuitiva y potente

con creación de perfiles, medición de potencia en placas compatibles, integración y biblioteca de

herramientas GNU, depurador multinúcleo, funcionalidad de rastreo, etc. Las conexiones de

depuración IDE de MCUXpresso son compatibles con las placas de desarrollo Freedom, Tower,

EVK, LPCXpresso.

La plataforma MCUXpresso incluye:

- MCUXpresso IDE – entorno de desarrollo de software para crear aplicaciones para las

MCU basadas en ARM Cortex-M.

- MCUXpresso Config Tools – incluye la configuración de pines, relojes y herramientas

periféricas que están diseñadas para trabajar con proyectos SDK.

- MCUXpresso SDK – ofrece un paquete de compatibilidad con dispositivos y software de

ejemplo.

Es compatible con sondas de depuración comerciales y de código abierto, tales como LPC-Link2,

PEmicro y SEGGER. Admite todas las funciones de depuración SWD y JTAG, y cuenta con descarga

directa a la memoria flash externa y en el chip.

Figura 7.2. Software MCUXpresso IDE (Fuente: Iván Cano).


62

7.3. USB Multilink Universal

Multilink Universal de PEmicro (34) es una interfaz de depuración todo en uno que acelera el

proceso de programación de depuración y flash. El depurador brinda acceso a modos de

depuración en una amplia gama de MCU de NXP y otras familias de microcontroladores ARM

Cortex al comunicarse entre el dispositivo de destino y un PC a través del puerto de depuración

estándar del objetivo SWD y el puerto USB del ordenado.

Figura 7.3. Sonda de depuración Multilink Universal de PEMicro (Fuente: PE Micro (34))

La interfaz USB Multilink Universal funciona con objetivos cuya fuente de alimentación del

microcontrolador esté en el rango de 1.8V a 5V.

7.4. Modbus Poll

Modbus Poll (35) es un simulado maestro de Modbus para probar y depurar dispositivos esclavos

en redes de protocolo Modbus RTU / ASCII y Modbus TCP / IP. Está diseñado principalmente para

desarrollar dispositivos esclavos Modbus, con una interfaz de múltiples documentos, se puede

monitorear varios esclavos y/o áreas de datos al mismo tiempo. Simplemente especificando el ID

del esclavo Modbus, la función, la dirección, el tamaño y la tasa de sondeo, puede leer y escribir

registros y bobinas. Además, permite múltiples formatos de datos como float, double y long con

intercambio de orden de palabras.


63

Figura 7.4. Software Modbus Poll (Fuente: Modbus Tools (35)).


64

8. Conclusiones

Para concluir este documento, se puede decir que se han cubierto los objetivos marcados para

este proyecto. Se ha diseñado un equipo con un diseño de PCB totalmente operativa y que

cumple con las especificaciones que requiere la aplicación a la que se le quiere dar uso. Cabe

destacar, que el proyecto no está totalmente acabado, y todavía que muchos aspectos de mejora,

pero la actual situación personal ha impedido llevar a término la totalidad del proyecto que

inicialmente se quería hacer, un equipo totalmente funcional que cumpliera todas las normativas

para salir al mercado.

Aunque se ha conseguido realizar algunas pruebas de testeo sobre el equipo, llegar a obtener los

parámetros eléctricos deseados, se tendría que poder comparar con equipos de medida de alta

precisión para poder comparar y ajustar el equipo. Ya que, uno de los puntos más importante es

la calibración del analizador de redes trifásicas. Es crucial saber, a la hora de calibrar, que voltajes

y corrientes tenemos en las entradas del equipo.

A más, es importante incrementar el número de muestras tomadas de las señales de voltaje y

corrientes de fase. Esto incrementaría mucho la precisión del equipo, aparte se debería tener en

cuenta la frecuencia de la red eléctrica para sincronizar los periodos de lectura del equipo con la

red.

Un aspecto importante del equipo es la capacidad de monitorización de los parámetros, aunque

este aspecto es funcional, se tendría que hacer más énfasis en su desarrollo, ya que hoy en día se

requiere más información y conectividad en los equipos de medida. Un punto de mejora, en este

aspecto, es poder llegar a configurar alarmas de aviso de consumos, por ejemplo.

Finalmente, en el caso de hacer un siguiente equipo, se plantearía desde el inicio un diseño de

circuito impreso sobre un soporte o caja para que el equipo estuviera preparado para un diseño

final. También se llevaría a cabo muchas mejoras en el ámbito del software, como integrar un

reloj de tiempo real, poder realizar un análisis de armónicos de las señales de entrada, etc.


65

9. Presupuesto

Ese proyecto está enfocado como un diseño de un prototipo de analizador de redes trifásicas, por

lo que se espera fabricar pocas unidades. El proyecto está solo enfocado como una etapa inicial

de todo un proceso de fabricación de un producto final, por lo que solo se reflejará la refleja estas

circunstancias, por lo que solo se reflejara los costes para la producción de una unidad.

9.1. Coste de los componentes

Tabla 11. Presupuesto de material

Descripción Valor/modelo Footprint Cantidad Precio/u Precio

Condensador Electrolítico 4.7uF-16V CE_r2.5_d5 2 0,097 0,194

Condensador Electrolítico 1000uF-16V CE_r5_d10 1 0,245 0,245

Condensador Electrolítico 4.7uF-400V CE_r5_d10 2 0,213 0,426

Condensador Electrolítico 4700uF-16V CE_r5_d10 1 1,36 1,36

Condensador no polarizado 0603 0.01uF-16V CAPC1608L 16 0,014 0,224


Condensador no polarizado 0603 1000pF-16V CAPC1608L 6 0,014 0,084

Condensador no polarizado 0603 1uF-16V CAPC1608L 11 0,014 0,154




Condensador no polarizado 0805 100uF-6.3V CAPC2012L 1 0,915 0,915




Cristal de cuarzo 8MHz XT_SMD_3225 1 0,493 0,493

DC-DC Converter 5V-5V CRE1S0505SC DC_DC_1IN_1OUT 1 2,25 2,25

Diodo BAS70-04 DI_BAS70 9 0,027 0,243

Diodo LL4148 Di_MiniMelf 1 0,013 0,013

Diodo ES1JL DO214AC_SMA 1 0,067 0,067

Diodo S1M DO214AC_SMA 2 0,031 0,062

Ferrita HI CUR CHIP BD 0805 21 ohm RESC2012L 6 0,049 0,294

Display OLED Gráfica, 128 x 64 Píxeles MCOB128064JX 1 29,54 29,54

Header, 2 Pins Macho Simple 2PINS JC_2_M_S 2 0,202 0,404



Header, 5 Pins Macho Simple Header 5X2 1.27 HDR2X5 1.27 1 1,05 1,05

Header, 5-Pin, Dual row Header 5X2 HDR2X5 2 0,76 1,52


Header, 7-Pin, Dual Row Header 7X2 HDR2X7 1 0,76 0,76

Header, 8-Pin, Dual Row Header 8X2 HDR2X8 2 0,76 1,52

IC Quadruple Operational Amplifier MCP6004 D014_L 1 0,298 0,298

IC, Conversores CA/CC 225 mA (MDCM) 360 mA (CCM) LNK306DN-TL SOIC127P600-8AL 1 1,21 1,21

IC, Differential Bus Transceiver MAX485 SOIC127P600-8AL 1 1,74 1,74

IC, Dual Operational Amplifier LM358AD D008_L 1 0,234 0,234


66

IC, High Speed Transistor Coupler PC457 OP_PC_MiniFlat 5 1,08 5,4

IC, Kinetis KE14F: 160MHz Cortex-M4F 5V/Robust MCU MKE14F512VLH16 64-LQFP 1 4,35 4,35

IC, Quad-channel, current sense amplifier INA4181Ax TSOP65P640-20AL 1 0,769 0,769

IC, Reguladores de voltaje LDO 3.3V 1A NCP1117ST33T3G SOT223-4L 1 0,185 0,185

IC, Reguladores de voltaje LDO 5V 1A NCP1117ST50T3G SOT223-4L 1 0,191 0,191

IC, Sensores de corriente 5A 1 canal Efecto Hall ACS722LLCTR-05AB SOIC127P600-8AL 3 2,915 8,745

Inductancia 1500uH B82462G4 1 1,48 1,48

Inductancia 470uH B82462G4 1 0,332 0,332

Inductancia 15UH->250mA In_Axial_V 1 0,155 0,155

Inductancia 1uH INDC2012L 1 0,032 0,032

Puente rectificador MB10S PR_MINIDIL 1 0,08 0,08

Pulsador - SW_6X6 4 0,172 0,688

Regleta, 2 Pins REC_CLL 2PINS DG129_2_5.08 7 0,3119 2,1833

Regleta, 3 Pins REC_CLL 3PINS DG129_3_5.08 5 0,4702 2,351

Resistencia SMD (Baja Pot.) Melf 100K-1% MELF-R3516-1406 6 0,035 0,21


Resistencia SMD (Baja Pot.) Melf 1K1-1% MELF-R3516-1406 4 0,035 0,14



Resistencia SMD (Baja Pot.) 0603 0 RESC1608L 10 0,005 0,05

Resistencia SMD (Baja Pot.) 0603 1.00 RESC1608L 6 0,008 0,048


Resistencia SMD (Baja Pot.) 0603 10K RESC1608L 20 0,008 0,16

Resistencia SMD (Baja Pot.) 0603 1K96 RESC1608L 3 0,005 0,015

Resistencia SMD (Baja Pot.) 0603 1M RESC1608L 1 0,004 0,004


Resistencia SMD (Baja Pot.) 0603 3K RESC1608L 9 0,003 0,027

Resistencia SMD (Baja Pot.) 0603 4.7K RESC1608L 1 0,004 0,004


Resistencia SMD (Baja Pot.) 0603 4K7 RESC1608L 5 0,003 0,015




Resistencia SMD (Baja Pot.) 0805 50.0 RESC2012L 6 0,014 0,084



Transformador 1 Primario 1 Secundario 230 VAC - 7,5 VAC TF_1P1S_33x27.5 1 1,5 1,5

Transformador de corriente 10A 50Hz ~ 60Hz TH ASM-010 3 3,261 9,783

Varistor (Voltage-Sensitive Resistor) 310 V Res Varistor VA_R5 5 0,084 0,42

Subtotal 90,44 €

Circuito impreso PCB (PCBWAY) 1 8,432 8,432

Total 98,88 €


67

9.2. Costes indirectos

Los costes indirectos provienen de las herramientas de desarrollo que han intervenido en este

proyecto.

Tabla 12. Presupuesto de costes indirectos

Concepto Precio

USB Multilink Universal Pemicro 192,7

Placa de desarrollo FRDM-KE15Z 32,76

Placa de desarrollo TWR-KE18F 126,63

Cable USB TTL-232R 17,79

Cable USB RS485-WE 27,1

Total 396,98 €

9.3. Coste de ingeniería

Para tener el cálculo de los costes relacionados con las diferentes actividades del proyecto se ha

tenido en cuenta el coste laboral de 30 €/h.

Tabla 13. Presupuesto de costes de ingeniería

Concepto nº de horas €/h Precio

Selección de componentes 10 30,0 300

Diseño esquemas electrónicos 50 30,0 1500

Diseño de la PCB 40 30,0 1200

Montaje y pruebas de la PCB 10 30,0 300

Diseño y programación del equipo 100 30,0 3000

Verificación y testeos del programa 20 30,0 600

Pruebas y testeos del equipo 10 30,0 300

Confección de la documentación 200 30,0 6000

Total 13.200,00 €

9.4. Coste total

Tabla 14. Presupuesto total

Concepto Precio

Coste de componentes 98,88 €

Costes indirectos 396,98 €

Costes de ingeniería 13.200,00 €

Subtotal 13.695,86 €

IVA 21% 2.876,13 €

Total 16.571,98 €


68

10. Bibliografía

10.1. Referencias bibliográficas

1. Automatismos SLU. Automatismos. [En línea] 2020. https://www.automatismos.com/es.

2. Circutor. Analizador de redes: Serie CVM-E3-MINI. [En línea] 2020.

http://circutor.es/es/productos/medida-y-control/analizadores-de-redes-fijos/analizadores-de-

redes/serie-cvm-e3-mini-detail.

3. ARM. Thumb-2 technology. [En línea] 2020.

https://developer.arm.com/documentation/dui0471/i/key-features-of-arm-architecture-

versions/thumb-2-technology.

4. NXP. KE1xF: Kinetis KE1xF-168MHz, Performance with CAN 5V Microcontrollers based on Arm®

Cortex®-M4. [En línea] 2020. https://www.nxp.com/products/processors-and-

microcontrollers/arm-microcontrollers/general-purpose-mcus/ke-series-cortex-m4-m0-

plus/kinetis-ke1xf-168mhz-performance-with-can-5v-microcontrollers-based-on-arm-cortex-

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5. Microcontrollerslab. Introduction to UART Communication. [En línea] 2020.

https://microcontrollerslab.com/uart-communication-working-applications/.

6. Luisllamas. El bus I2C en Arduiona. [En línea] 2020. https://www.luisllamas.es/arduino-i2c/.

7. Jiménez Buendía, Manuel. Comunicaciones Industriales. Cartajena : Univ Politécnica de

Cartagena. Departamento de Tecnología Electrónica., 2020.

8. Avisor. Transformadores encapsulados. [En línea] 2020.

http://www.avisor.es/portfolio/transformadores-encapsulados/.

9. Areatecnologia. Varistor. [En línea] 2020.

https://www.areatecnologia.com/electronica/varistor.html.

10. TDK. SIOV metal oxide varistors. [En línea] 2020.

https://product.tdk.com/info/en/catalog/datasheets/70/db/var/SIOV_Leaded_AdvanceD_MP_S1

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11. Mouser. EPCOS / TDK B72214P2271K104. [En línea]

https://www.mouser.es/ProductDetail/EPCOS-

TDK/B72214P2271K104?qs=%2Fha2pyFaduhICO4Wrq6S5ZnSj3swql0Fb%2FW6snyGk2x5kzt4dutJ

3g%3D%3D.

12. Diodes. MB10S. 0.8A SURFACE MOUNT GLASS PASSIVATED BRIDGE RECTIFIER. [En línea]

https://www.diodes.com/assets/Datasheets/MB10S.pdf.

13. Mouser. MB10S-13. [En línea] 2020. https://www.mouser.es/ProductDetail/Diodes-

Incorporated/MB10S-13?qs=5aG0NVq1C4wPZ2Ttiq0ONw%3D%3D.

14. On Semiconductor. NCP1117. 1.0 A Low-Dropout PositiveFixed and AdjustableVoltage

Regulators. [En línea] 2020. https://www.onsemi.com/pub/Collateral/NCP1117-D.PDF.

15. Mouser. NCP1117ST33T3G. [En línea] https://www.mouser.es/ProductDetail/ON-

Semiconductor/NCP1117ST33T3G?qs=%2Fha2pyFaduj4IwJuyCbpkUdbMhVss5DSvD5YQhE4OjqSs

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16. Murata. CRE1 Series. Isolated 1W Single Output Isolated DC-DC Converters. [En línea] 2020.

https://www.murata.com/products/productdata/8807029407774/kdc-cre1.pdf?1583754812000.

17. Mouser. CRE1S0505SC . [En línea] 2020. https://www.mouser.es/ProductDetail/Murata-

Power-

Solutions/CRE1S0505SC?qs=%2Fha2pyFadujbvIwDr2uTfQJmtS9fVzL0MBM00gLILtAjuf%252BLprh

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18. Power Integrations. LNK302/304-306 LinkSwitch-TN Family. Lowest Component Count,

Energy-EfficientOff-Line Switcher IC. [En línea] 2020.

https://www.power.com/sites/default/files/product-docs/lnk302_304-306.pdf.

19. NXP. MKE14F512VLH16. Kinetis KE1xF with up to 512 KBFlash up to 168 MHz ARM® Cortex®-

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cob-128x64-p-xeles/dp/3154951.


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22. SOLOMON SYSTECH. SSD1309. [En línea] 2020. http://www.hpinfotech.ro/SSD1309.pdf.

23. Mouser. Interruptores táctiles TACT,TH,NW,6X6,1000B,LF. [En línea] 2020.

https://www.mouser.es/ProductDetail/706-95C06B3T.

24. Sharp. PC457L0NIP0F Series. High Speed 1Mb/s, High CMR Mini-flat Package OPIC

Photocoupler. [En línea] 2020.

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25. Maxim Integrated. MAX485. Low-Power, Slew-Rate-LimitedRS-485/RS-422 Transceivers. [En

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26. FTDI Chip. TTL-232R. TTL to USB Serial Converter Range of Cables. [En línea] 2020.

https://www.ftdichip.com/Support/Documents/DataSheets/Cables/DS_TTL-232R_CABLES.pdf.

27. Allegro MicroSystems. ACS722. High Accuracy, Galvanically Isolated Current Sensor ICwith

Small Footprint SOIC8 Package. [En línea] 2020.

https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwiQp-

fKoIzsAhVZCWMBHfejAWcQFjAAegQIBhAB&url=https%3A%2F%2Fwww.allegromicro.com%2F~%

2Fmedia%2FFiles%2FDatasheets%2FACS722-

Datasheet.ashx&usg=AOvVaw3JPQuBETUeMAFE0wXfP4gr.

28. Microchip. MCP6004. 1 MHz, Low-Power Op Amp. [En línea] 2020.

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https://www.nxp.com/design/software/development-software/mcuxpresso-software-and-tools-

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31. —. MCUXpresso SDK Builder. [En línea] 2020. https://mcuxpresso.nxp.com/en/welcome.

32. FTDI Chip. USB-RS485-WE. USB to RS485Serial Converter Cable. [En línea]

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34. PE Micro. USB-ML-UNIVERSAL. Multilink, Debug Probe. [En línea] 2020.

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10.2. Referencias consultadas

36. NXP. Three-Phase Power Meter Reference Design. [En línea] 2020.

https://www.nxp.com/design/designs/three-phase-power-meter-reference-design:THREE-

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https://www.ti.com/lit/ug/tidubk3a/tidubk3a.pdf?ts=1597129881084.


72

11. Anexo

Microcontrolador


73

Alimentación


74

Circuitos analógicos de voltajes de fase


75

Circuitos analógicos de corrientes de fase


76

Circuitos digitales


77

PCB Top Overlay


78

PCB Top Layer


79

PCB Botton Layer


80

Analizador de Redes Trifásicas

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